Ресурсы в лунной почве и как они могут быть использованы для поддержания жизни

Образцы лунного стекла, протестированные учеными из Рочестера, были собраны во время космического полета НАСА 1972 года.

рИсследователи из Университета Рочестера, возглавляющие группу коллег из семи других институтов, сообщают о своих выводах об основном факторе, который влияет на типы ресурсов, которые могут быть найдены на Луне: была ли Луна долгоживущим магнитным полем или нет. щит в любой момент своей 4,53 миллиардной истории.

Наличие или отсутствие экрана имеет значение, потому что магнитные экраны защищают астрономические тела от вредного солнечного излучения. И выводы команды противоречат некоторым давним предположениям.

«Это новая парадигма лунного магнитного поля», — говорят первый автор Джон Тардуно, Уильям Р. Кенан-младший, профессор геофизики факультета наук о Земле и окружающей среде и декан отдела исследований в области искусства, науки и техники в Рочестере. .

В течение многих лет Тардуно был лидером в области палеомагнетизма, изучая развитие магнитного щита Земли как средство понимания эволюции планет и изменений окружающей среды.

Магнитный щит Земли берет свое начало глубоко в ядре планеты. Там вращающееся жидкое железо генерирует электрические токи, вызывая явление, называемое геодинамо, которое создает щит. Магнитный экран невидим, но исследователи давно признали, что он жизненно важен для жизни на поверхности Земли, поскольку защищает нашу планету от солнечного ветра — потоков солнечной радиации.

Но был ли у Луны Земли когда-либо магнитный щит? Хотя сейчас у Луны нет магнитного щита, ведутся споры о том, могла ли Луна иметь длительный магнитный щит в какой-то момент своей истории.

«Начиная с миссий Аполлон, была идея, что у Луны было магнитное поле, которое было таким же или даже более сильным, чем магнитное поле Земли около 3,7 миллиарда лет назад», — говорит Тардуно.

Убеждение, что у Луны есть магнитный экран, было основано на исходном наборе данных 1970-х годов, который включал анализ образцов, собранных во время миссий Аполлона. Анализ показал, что образцы обладали намагниченностью, которая, по мнению исследователей, была вызвана наличием геодинамо.

Но несколько факторов с тех пор заставили исследователей задуматься.

«Ядро Луны действительно маленькое, и было бы трудно управлять таким магнитным полем», — объясняет Тардуно. «Кроме того, предыдущие измерения, которые регистрировали сильное магнитное поле, не проводились с использованием экспериментов по нагреву. Они использовали другие методы, которые могут неточно регистрировать магнитное поле ».

Тардуно и его коллеги протестировали образцы стекла, собранные во время предыдущих миссий Аполлона, но использовали CO2-лазеры для нагревания лунных образцов в течение короткого промежутка времени, что позволило им избежать изменения образцов. Затем они использовали высокочувствительные сверхпроводящие магнитометры для более точного измерения магнитных сигналов образцов.

«Одна из проблем с лунными образцами заключалась в том, что магнитные носители в них весьма подвержены изменениям», — говорит Тардуно. «При нагревании лазером нет никаких доказательств изменения наших измерений, поэтому мы можем избежать проблем, с которыми люди могли столкнуться в прошлом».

Исследователи определили, что намагниченность образцов может быть результатом ударов таких объектов, как метеориты или кометы, а не результатом намагничивания из-за наличия магнитного экрана. Другие образцы, которые они проанализировали, потенциально могли показать сильную намагниченность в присутствии магнитного поля, но не показали никакой намагниченности, что также указывает на то, что у Луны никогда не было длительного магнитного экрана.

«Если бы на Луне было магнитное поле, все образцы, которые мы изучали, должны были бы иметь намагниченность, но они этого не сделали», — говорит Тардуно. «Совершенно очевидно, что на Луне не было длительного динамо-поля».

Без защиты магнитного щита Луна была восприимчива к солнечному ветру, который мог вызвать попадание в лунный грунт различных летучих веществ — химических элементов и соединений, которые могут легко испаряться. Эти летучие вещества могут включать углерод, водород, воду и гелий 3, изотоп гелия, которого нет на Земле в изобилии.

«Наши данные показывают, что мы должны смотреть на верхний предел оценок гелия-3, потому что отсутствие магнитного экрана означает, что больше солнечного ветра достигает поверхности Луны, что приводит к гораздо более глубоким резервуарам гелия-3, чем люди думали ранее», — говорит Тардуно.

Исследование может помочь сформировать новую волну лунных экспериментов на основе данных, которые будут собраны миссией Artemis. Данные из образцов, собранных во время миссии, позволят ученым и инженерам изучить наличие летучих веществ и лучше определить, можно ли извлечь эти материалы для использования человеком. Например, гелий 3 в настоящее время используется в медицинской визуализации и криогенике и является возможным источником топлива в будущем.

Отсутствие магнитного экранирования также означает, что древние лунные почвы могут содержать записи о выбросах солнечного ветра в прошлом. Таким образом, анализ кернов образцов почвы может дать ученым лучшее понимание эволюции солнца.

«На основе наших исследований ученые могут более правильно подумать о следующей серии лунных экспериментов, которые необходимо провести», — говорит Тардуно. «Эти эксперименты могут быть сосредоточены на текущих лунных ресурсах и на том, как мы могли бы их использовать, а также на исторических записях того, что находится в ловушке лунного грунта».